蘭州市水源地生態(tài)風(fēng)險評價

齊國翠　湯萃文　蘇研科　高建富

摘 要：依據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署（US EPA）的生態(tài)風(fēng)險評價導(dǎo)則，通過研究區(qū)域的界定與分析、風(fēng)險源分析、暴露分析、危害分析及生態(tài)風(fēng)險綜合評價的評價框架，對蘭州市的主要水源地——黃河新城橋段進(jìn)行了生態(tài)風(fēng)險評價。通過風(fēng)險源分析，識別出主要生態(tài)風(fēng)險源為點源污染源、面源污染源、內(nèi)污染源等；以水質(zhì)變化為評價終點，通過暴露、危害分析，采用基于因子權(quán)重的評價方法進(jìn)行綜合評價。結(jié)果表明，對黃河新城橋段生態(tài)風(fēng)險中貢獻(xiàn)最大的因子為有機(jī)污染物，其次為營養(yǎng)鹽及有機(jī)污染綜合指標(biāo)和重金屬污染物，權(quán)重值分別為0.246和0.217。

關(guān)鍵詞：生態(tài)風(fēng)險評價；水源地；生態(tài)風(fēng)險因子；黃河新城橋段

中圖分類號：FX820.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-291X（2015）02-0078-04

生態(tài)風(fēng)險是指生態(tài)系統(tǒng)及其組分所承受的風(fēng)險。是一個種群、生態(tài)系統(tǒng)或整個景觀的正常功能受外界脅迫，從而在目前和將來減少該系統(tǒng)內(nèi)部某些要素或其本身的健康、生產(chǎn)力、遺傳結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)價值和美學(xué)價值的可能性[1，2]。生態(tài)風(fēng)險評價在20世紀(jì)80年代由安全風(fēng)險和健康風(fēng)險評價發(fā)展而來，在美國、歐盟等發(fā)達(dá)國家得到廣泛應(yīng)用[3-5]，被視為環(huán)境決策的重要基礎(chǔ)[6]。我國目前的環(huán)境風(fēng)險研究主要集中在危險化學(xué)品的突發(fā)事故上，對生態(tài)風(fēng)險評價還沒有明確的法律規(guī)定[6-8]。生態(tài)風(fēng)險評價的研究也多側(cè)重于重金屬污染、難降解有機(jī)毒物方面[9-11 ]。對區(qū)域生態(tài)風(fēng)險評價的危害分析和綜合評價都建立在生態(tài)脆弱性和生態(tài)損失度的基礎(chǔ)上，對城市水源地生態(tài)風(fēng)險評價的研究關(guān)注較少[12-14]。

水源地是一個城市生存和發(fā)展的必要條件，目前隨著城市化進(jìn)程的加快，城市供水遇到前所未有的壓力，引入環(huán)境風(fēng)險管理，對城市水源地進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險評價成為城市水源地保護(hù)研究的重點內(nèi)容之一[6]。本文參考依據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署（US EPA）分布的生態(tài)風(fēng)險評價導(dǎo)則提出的城市水源地生態(tài)風(fēng)險評價的基本框架對蘭州市水源地——黃河蘭州新城橋段進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險評價，以期為當(dāng)?shù)卣x擇城市水源地或加強(qiáng)水源地的保護(hù)提供相關(guān)依據(jù)。

一、城市水源地生態(tài)風(fēng)險評價方法

US EPA將生態(tài)風(fēng)險評價的基本內(nèi)容分為問題的形成、分析過程、風(fēng)險表征及風(fēng)險管理等部分。國內(nèi)學(xué)者按照該原則提出為以研究區(qū)的界定與分析、受體分析、風(fēng)險源分析、暴露與危害分析及生態(tài)風(fēng)險綜合評價為主要步驟的城市水源地生態(tài)風(fēng)險評價的基本框架[6]。

（一）研究區(qū)的界定與分析

進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險評價首先要確定擬評價的區(qū)域，即評價的范圍，同時要對擬評價的區(qū)域有充分的了解和認(rèn)識。根據(jù)水源地類型的不同，研究區(qū)域的界定方法也有差別：地下水水源地以地下水的補(bǔ)給范圍來界定，以水文地質(zhì)單元來劃分，重點考慮地面環(huán)境因素（如固體廢物和生活垃圾堆場等）對地下水的影響；湖泊以湖泊主體及小流域來確定；河流以流域范圍來確定[15]。

（二）受體分析

1.受體

“受體”即風(fēng)險承擔(dān)著，在風(fēng)險評價中指生態(tài)系統(tǒng)中可能受到來自險源的不利作用的組成部分，它可能是生物體，也可能是非生物體；通常是生態(tài)系統(tǒng)中對外部風(fēng)險壓力最敏感的因子[10]。

2.評價終點

區(qū)域生態(tài)風(fēng)險評價中的評價終點是指在具有不確定性風(fēng)險源的作用下，風(fēng)險受體可能受到的損害，以及由此發(fā)生的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的損傷。評價終點的選擇主要基于生態(tài)相關(guān)性，對脅迫因子（污染物）的易感性，以及管理目標(biāo)的相關(guān)性[16]。

（三）風(fēng)險源分析

“風(fēng)險源分析”是指對區(qū)域中可能對生態(tài)系統(tǒng)或其組分產(chǎn)生不利作用的干擾進(jìn)行識別、分析和度量[6]。這一過程又可分為風(fēng)險識別和風(fēng)險源描述兩部分。根據(jù)評價目的找出具有風(fēng)險的因素，即進(jìn)行風(fēng)險識別。水源地區(qū)域的基本風(fēng)險源見表1。風(fēng)險源描述是對研究區(qū)域內(nèi)各種風(fēng)險源進(jìn)行定性、定量分析，確定風(fēng)險發(fā)生的概率、強(qiáng)度、時間和空間的變化。

（四）暴露與危害分析

“暴露分析”是研究各風(fēng)險源在評價區(qū)域中的分布、流動及其與風(fēng)險受體之間的接觸暴露關(guān)系[10]。各風(fēng)險源對水源地的脅迫作用都通過一定的形式表現(xiàn)出來，如通過水量及水質(zhì)的變化趨勢、富營養(yǎng)化狀態(tài)等進(jìn)行分析[6]。

危害分析是確定風(fēng)險源對生態(tài)系統(tǒng)及其風(fēng)險受體的損害程度。風(fēng)險源產(chǎn)生的壓力會影響或降低生態(tài)環(huán)境因子的質(zhì)量和功能，危及經(jīng)濟(jì)的正常發(fā)展。水源地的風(fēng)險危害主要是造成供水企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失、城市居民生活缺水、當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展受限以及飲用不合格水而帶來的人體健康危害等[17]?！拔：Ψ治觥笔菂^(qū)域生態(tài)風(fēng)險評價的重要部分，其目的是確定風(fēng)險源對生態(tài)系統(tǒng)及其風(fēng)險受體的損害程度。

（五）生態(tài)風(fēng)險綜合評價

風(fēng)險評價是前述各評價部分的綜合階段，它將暴露分析和危害分析的結(jié)果結(jié)合起來，并考慮綜合效應(yīng)，將區(qū)域生態(tài)風(fēng)險評價的其他組分有機(jī)結(jié)合起來，得出區(qū)域范圍內(nèi)的綜合生態(tài)風(fēng)險值[18]。

二、結(jié)果與分析

（一）研究區(qū)的界定與分析

蘭州市水源地類型為河流，因此以流域范圍來進(jìn)行界定。黃河蘭州新城橋段是蘭州市主要的水源地，穿行于峽谷與川地之間，由于深居內(nèi)陸，海洋暖濕氣流不易到達(dá)，所以成雨機(jī)會較少，大部分地區(qū)十年九旱，氣候干燥，多年平均降水量在200～400mm之間，水量很不穩(wěn)定，91%的降水集中在夏秋雨季（5～10月），11月至次年4月為枯水季節(jié)。

（二）受體分析

1.受體

新城橋水源地屬于黃河蘭州段的一部分，在對新城橋進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險評價時，選擇水生生態(tài)系統(tǒng)作為生態(tài)風(fēng)險評價的受體。

2.評價終點

評價終點可以在任意組織水平上被確認(rèn)，包括個體水平、種群水平、群落水平，以及生態(tài)系統(tǒng)水平與景觀層次上確認(rèn)[19]。新城橋水域目前最重要的功能為城市水源地功能，因此以水質(zhì)變化作為評價終點。

（三）風(fēng)險源分析

1.風(fēng)險識別

蘭州新城橋段分布著大量工廠，而大多數(shù)工廠直接將廢水排入河水中，造成點源污染。同時，上游的大面積農(nóng)田以渠道灌溉為主，大量的殘留農(nóng)藥、化肥隨河水流入水源地造成直接的面源污染。綜合表1分析后，確定新城橋水域的主要生態(tài)風(fēng)險源為：點源污染、面源污染和內(nèi)污染。

2.風(fēng)險源描述

（1）點源污染

點源污染是指工業(yè)廢水與城市生活污水在小范圍內(nèi)的大量集中排放。甘肅蘭州市自來水廠的安全直接受其上游甘肅劉化集團(tuán)、蘭州新西部維尼綸有限責(zé)任公司排污的影響，國家和甘肅省環(huán)保局都非常重視，已將其列為治理的重點。

（2）面源污染

面源污染是指分散的小企業(yè)和分散的居民在大面積上的少量分散排放，如夾帶著化肥、農(nóng)藥的農(nóng)田徑流，無序排放的農(nóng)村廢棄物，水土流失等；另外，還包括大量鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)就地?zé)o序排放的廢水，畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放的廢水、廢物以及農(nóng)戶生活污水等。

流域內(nèi)大量的化肥、農(nóng)藥隨雨水或灌溉流入排水溝后匯入黃河，成為重要的面源污染。此外，畜禽糞便的還田率只有30%多，大部分未被利用或處理就直接通過排水溝匯入黃河。流域內(nèi)土壤疏松，水土流失嚴(yán)重，隨暴雨徑流進(jìn)入河流的泥沙，往往攜帶大量氮、磷元素，影響河流水質(zhì)。在農(nóng)業(yè)方面，不合理的大量使用農(nóng)藥、化肥，畜禽養(yǎng)殖、秸稈腐爛等污染隨水土流失和農(nóng)田退水進(jìn)入水體，增加了水體中COD和TN、TP的污染物總量，成為影響水質(zhì)的重要因素。

（3）內(nèi)污染

內(nèi)污染又稱二次污染，是指江河湖庫水體內(nèi)部由于長期污染的積累產(chǎn)生的污染再次排放，黃河干支流與水庫中的沉積物以及水庫的養(yǎng)殖場，是主要的內(nèi)污染源。

（四）暴露分析

從新城橋水域的水質(zhì)變化方面對其進(jìn)行暴露分析。根據(jù)黃河蘭州段污染物監(jiān)測中的22項主要指標(biāo)的統(tǒng)計結(jié)果[20]分析，各暴露因子的權(quán)重層次排序中揮發(fā)酚和石油類在前兩位，糞大腸桿菌群和總大腸桿菌群所占權(quán)重居第二，重金屬汞居第三，pH指標(biāo)在層次總排序中較為靠后，總硬度和水溫所占權(quán)重最小。

（五）危害分析

蘭州黃河上游流域內(nèi)排放的點源污染和面源污染等不利風(fēng)險因素對黃河的累積作用，可能會引發(fā)大的污染事件，水質(zhì)下降，導(dǎo)致完全喪失其特有功能，如飲用水源地功能；更為重要的是，一旦黃河水源地遭到嚴(yán)重污染，則蘭州市上百萬居民的生活用水無法保障，蘭州市的經(jīng)濟(jì)將會迅速衰退，城市的發(fā)展將會遇到瓶頸，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展會受到制約，帶來嚴(yán)重的社會影響。保證黃河的水源地功能，就要控制分析黃河水各污染物指標(biāo)，提早做出預(yù)防和處理，防止水質(zhì)進(jìn)一步惡化。

（六）生態(tài)風(fēng)險綜合評價

通過以上分析，確定理化指標(biāo)、營養(yǎng)鹽及有機(jī)污染綜合指標(biāo)、無機(jī)陰離子、金屬及其化合物、有機(jī)污染物和生物指標(biāo)6大類指標(biāo)作為蘭州黃河新橋段城市水源地生態(tài)風(fēng)險評價的指標(biāo)。

由于各主要風(fēng)險源對風(fēng)險受體的作用強(qiáng)度是不同的，對形成區(qū)域性生態(tài)風(fēng)險的作用大小也有差異，因此，我們采取層次分析法對新城橋段水域進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險綜合評價，確定各風(fēng)險指數(shù)的權(quán)重[21]，據(jù)此進(jìn)行綜合評價。

將新城橋段主要生態(tài)風(fēng)險源兩兩相互比較，按比較重要性大小根據(jù)表2進(jìn)行仿數(shù)量化，得到的數(shù)量值構(gòu)成一個判斷矩陣，并且通過一致性檢驗。從而獲得黃河蘭州新城橋段水源地生態(tài)風(fēng)險的權(quán)重分別為理化指標(biāo)0.054、營養(yǎng)鹽及有機(jī)污染0.217、無機(jī)陰離子0.078、金屬及其化合物0.217、有機(jī)污染物0.246、生物指標(biāo)0.187（表3）。

三、討論

暴露分析結(jié)果顯示各暴露因子權(quán)重大小為揮發(fā)酚和石油類>糞大腸桿菌群和總大腸桿菌群>重金屬汞居第三>pH指標(biāo)>總硬度和水溫所。說明其上游甘肅劉化集團(tuán)、蘭州新西部維尼綸有限責(zé)任公司等化工企業(yè)排污引起的點源污染主要的風(fēng)險暴露因子，其次是農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)養(yǎng)殖引起的生物性及化學(xué)性面源污染。

生態(tài)風(fēng)險綜合評價結(jié)果顯示水質(zhì)綜合評價6類大指標(biāo)所占權(quán)重有機(jī)污染物>營養(yǎng)鹽及有機(jī)污染綜合指標(biāo)和金屬及其化合物>生物指標(biāo)>無機(jī)陰離子>理化指標(biāo)，說明有機(jī)污染物對水質(zhì)影響最大，也就是說有機(jī)污染物對水源地生態(tài)風(fēng)險的貢獻(xiàn)率最大，營養(yǎng)鹽及有機(jī)污染綜合指標(biāo)和重金屬污染物指次之，而只是影響感官的理化指標(biāo)貢獻(xiàn)率最小。說明各種點源污染、面源污染及內(nèi)污染是蘭州市水源地主要的生態(tài)風(fēng)險因子。而由化工企業(yè)排污及農(nóng)業(yè)施肥、污灌等引起的有機(jī)物污染及重金屬污染是重點控制對象。

四、結(jié)論

1.識別出新城橋水源地的主要生態(tài)風(fēng)險源為：電源污染、面源污染和內(nèi)污染。

2.位于該水域上游的化工企業(yè)排污引起的點源污染和由農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)養(yǎng)殖引起的生物性及化學(xué)性面源污染是主要的生態(tài)風(fēng)險暴露因子。

3.在地表水水質(zhì)綜合評價體系6類大的指標(biāo)中，有機(jī)污染物對蘭州市水源地生態(tài)風(fēng)險的貢獻(xiàn)率最大，其次是營養(yǎng)鹽及有機(jī)物然綜合指標(biāo)和重金屬污染物指標(biāo)，是風(fēng)險管理的重點控制對象。

4.蘭州黃河新城橋段處于污染和水土流失嚴(yán)重的的黃河流域，多種污染源及不同污染物的復(fù)合污染的脅迫下，水質(zhì)惡化不斷加劇，對居民的用水安全造成極大威脅。為保障蘭州市居民用水安全，必須將生態(tài)風(fēng)險評價及管理引入到對水源地的保護(hù)中，加強(qiáng)對水源地復(fù)合風(fēng)險、多種污染的協(xié)同作用、累積作用的研究，制定出針對各種污染源及污染物的綜合、宏觀的水源地管理和保護(hù)模式。

參考文獻(xiàn)：

[1] Kelly J R，Levin SA.A comparison of aquatic and terrestrial nutrient cycling and production processes in natural ecosystems，with

reference to ecological concepts of relevance to some waste disposal issues In：Kullenberg G，ed[J].The Role of the Oceans as a Waste

Disposal Option.Hingham ：Reidel publish ComPany，MA，1986.

[2] 盧宏瑋，曾光明，謝更新，等.洞庭湖流域區(qū)域生態(tài)風(fēng)險評價[J].生態(tài)學(xué)報2003，23（12）：2520-2530.

[3] 陳輝，劉勁松，曹宇，李雙成，歐陽華.生態(tài)風(fēng)險評價研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報，2006，26（5）：1558-1566.

[4] 李謝輝，李景宜.我國生態(tài)風(fēng)險評價研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2008，22（3）：70-74.

[5] US EPA.Guidelines for Ecological Risk Assessment.EPA 630-R-95-002F，Washington，DC：U.S.Environmental Protection Agency，1998.

[6] 郭先華，崔勝輝，趙千鈞.城市水源地生態(tài)風(fēng)險評價[J].環(huán)境科學(xué)研究，2009，22（6）：688-694.

[7] 王軍，陳振樓，王初，等.上海崇明島蔬菜地土壤重金屬含量與生態(tài)風(fēng)險預(yù)警評估[J].環(huán)境科學(xué)，2007，28（3）：647-653.

[8] 孫洪波，楊桂山，蘇偉忠，萬榮榮.生態(tài)風(fēng)險評價研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)雜志，2009，28（2）：335-341.

[9] 張曼胤，崔麗娟，盛連喜，等.衡水湖濕地底泥重金屬污染及潛在生態(tài)風(fēng)險評價[J].濕地科學(xué)，2007，12：362-369.

[10] 智昕，牛軍峰，唐陣武，等.長江水系武漢段典型有機(jī)氯農(nóng)藥的生態(tài)風(fēng)險評價[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2008，28（1）：168-173.

[11] 馬婷婷，劉立，嵇文濤.生態(tài)風(fēng)險評價內(nèi)涵及方法研究[J].甘肅科技，2010，26（13）：63-65.

[12] 王雪梅，劉靜玲，馬牧源，等.流域水生態(tài)風(fēng)險評價及管理對策[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2010，30（2）：237-245.

[13] 陳春麗，呂永龍，王鐵宇，等.區(qū)域生態(tài)風(fēng)險評價的關(guān)鍵問題與展望[J].生態(tài)學(xué)報，2010，30（3）：808-816.

[14] 黃先飛，秦樊鑫，胡繼偉，等.紅楓湖沉積物中重金屬污染特征與生態(tài)危害風(fēng)險評價[J].環(huán)境科學(xué)研究，2008，21（2）：18-23.

[15] 吳學(xué)麗，楊永亮，湯奇峰，等.沈陽河水、地下水及沉積物中重金屬的生態(tài)風(fēng)險評價及來源辨析[J].生態(tài)學(xué)雜志，2011，30（3）：438- 447.

[16] USEPA.Guidelines for Ecological Risk Assessment[S].Published on May 14，1998，F(xiàn)ederal Register 63（93）：26846-26924.

[17] 史貴濤，陳振樓，張翠，等.上海市飲用水源地周邊環(huán)境中的重金屬[J].環(huán)境科學(xué)，2008，29（7）：1797-1805.

[18] 張曉晶，李暢游，張生，等.呼倫湖沉積物重金屬分布特征及生態(tài)風(fēng)險評價[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2010，29（1）：157-162.

[19] 蒙吉軍，趙春紅.區(qū)域生態(tài)風(fēng)險評價指標(biāo)體系[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2009，20（4）：983- 990.

[20] 聞常玲，王莉紅，賀徐蜜，等.水庫型飲用水水源地生態(tài)安全評價及應(yīng)用[J].水資源保護(hù)，2008，24（3）：91-94.

[21] 任珺，王剛.黃河上游水質(zhì)分析與污染治理對策研究[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2008：113-142.

Abstract：On the basis of American Environmental Protection Agency （US EPA） guidelines for ecological risk assessment，through the research region and analysis，risk source analysis，exposure assessment，hazard analysis framework of comprehensive analysis and evaluation of the ecological risk of Lanzhou City，the main source of water -- the Yellow River metro section of ecological risk assessment. Through the risk source analysis，identify the main ecological risk source as a point source pollution source，non-point source pollution source，pollution source；to water quality changes as the assessment endpoint，by exposure，hazard analysis，the comprehensive evaluation by the method which is based on the weights of evaluation factor. The results show that，on the contribution of the Yellow River metro section of ecological risk in the largest factor of organic pollutants，followed by nutrient and organic pollution indicators and heavy metal pollutants，the weight values were 0.246 and 0.217.

Key words：ecological risk assessment；water source；ecological risk factor；the Yellow River Xincheng Bridge

[責(zé)任編輯 柯 黎]